Artikel ini awalnya diterbitkan di Supercluster, sebuah situs web yang didedikasikan untuk menceritakan kisah luar angkasa terbesar umat manusia.
Carl Sagan bermimpi menavigasi tata surya di layar didorong oleh hembusan sinar matahari, mengalir keluar dari bintang tuan rumah kami.
Sekarang, Planetary Society, yang dipimpin oleh CEO Bill Nye "the Science Guy, " bertujuan untuk membantu mewujudkan mimpi ini dengan sebuah satelit yang tidak lebih besar dari kotak sepatu. "Layar surya" ini, yang telah diuji beberapa kali, dapat suatu hari membawa pesawat ruang angkasa ke planet lain, atau mungkin bahkan sistem bintang lainnya.
Fase berikutnya dari pelayaran matahari diluncurkan pada 24 Juni, ketika sebuah roket SpaceX Falcon mengangkat landasan peluncuran di Pusat Antariksa Kennedy Florida. Terselip di dalam kerucut hidungnya yang besar, di antara dua lusin satelit lainnya, duduk sebuah pesawat ruang angkasa kecil: perangkat seukuran roti yang dirancang untuk mendorong dirinya sendiri dengan layar gossamer yang memanfaatkan tekanan sinar matahari.
Pesawat itu, dijuluki LightSail 2, bisa menjadi awal dari era baru spaceflight — era di mana pesawat ruang angkasa melupakan mesin roket yang telah mereka andalkan selama puluhan tahun dan berlayar dengan anggun di atas angin sinar matahari. Kira-kira tujuh hari setelah peluncuran, LightSail 2 akan keluar dari wadahnya, memperpanjang empat boom 13-kaki dan menyebarkan empat lembar Mylar yang seperti cermin yang secara kolektif membentuk layar layang-layang seluas 340 kaki persegi. Bagian selanjutnya adalah sihir kosmik murni.
Menurut Planetary Society, LightSail 2 akan menjadi pesawat pertama yang bernavigasi secara ketat dengan cahaya saat berada di orbit Bumi. LightSail kemudian akan menjulur seperti perahu layar untuk menaikkan ketinggiannya, yang akan membuatnya menjadi pesawat ruang angkasa pertama yang berlayar ke orbit yang lebih tinggi di sekitar planet kita. Prestasi navigasi selestial ini bisa menjadi satu langkah lagi menuju impian Carl Sagan untuk melakukan perjalanan melintasi kosmos dengan layar-layar reflektif yang didorong oleh sinar cahaya.
**********
Jika Anda mengulurkan tangan ke matahari, apa yang Anda rasakan? Panas. Tapi tersembunyi di antara kehangatan adalah tekanan sehingga Anda tidak akan pernah menyadarinya. Cahaya itu sendiri mengerahkan kekuatan, seperti angin berangin, tetapi begitu halus sehingga Anda tidak akan pernah menyadarinya. Di Bumi kira-kira setara dengan klip kertas yang berada di tangan Anda.
Tetapi dalam ruang hampa hampa udara, tekanan sekecil apa pun dapat memiliki efek besar karena mendorong setiap saat, jam demi jam, hari demi hari. Dan tidak seperti bahan bakar roket, ada pasokan sinar matahari gratis dan praktis tak terbatas. Jika kita bisa memanfaatkan kekuatan ini, kita bisa menggunakannya; yang kita butuhkan hanyalah layar. Seperti pelaut masa lalu, pesawat ruang angkasa masa depan (dan pelancong ruang angkasa) dapat mendorong diri mereka sendiri ke hamparan kosmik yang luas dengan bantuan matahari — atau setidaknya begitulah yang dibayangkan Sagan.
Diagram pesawat ulang-alik ruang angkasa melepaskan pelayaran ringan dari teluk muatannya. (JPL) Sagan memiliki visi besar untuk masa depan eksplorasi ruang angkasa, membayangkan bahwa para pelaut astro akan mengambil bagian dalam regatta intergalaksi, memacu pesawat ruang angkasa mereka melalui alam semesta dengan memanfaatkan kekuatan cahaya bintang. Tapi dia bukan yang pertama membayangkan manusia berlayar dengan cahaya.
Empat abad yang lalu, sebuah komet melesat melintasi langit, menangkap perhatian astronom Jerman Johannes Kepler. Dia memperhatikan bahwa ekor komet itu sepertinya menyebar di belakangnya. Sinar matahari, pikirnya, harus memanaskan komet dan membebaskan material dari permukaannya. Pengamatan cerdik ini mendorong Kepler untuk berpikir bahwa sinar matahari mungkin merupakan bentuk propulsi yang berguna.
“Menyediakan kapal atau layar yang disesuaikan dengan angin surgawi, dan akan ada beberapa orang yang berani bahkan kehampaan itu, ” tulisnya kepada Galileo pada 1608.
Kepler hidup di tengah-tengah kebangkitan ilmiah, selama masa di mana umat manusia mulai menyadari tempatnya di alam semesta. Bumi bukanlah pusat tata surya, tetapi sebenarnya salah satu dari banyak planet yang mengorbit salah satu dari banyak bintang. Karena kapal - suatu bentuk perjalanan yang umum pada saat itu - digerakkan oleh angin, tampaknya wajar jika Kepler membayangkan orang berlayar di luar angkasa dengan cara yang sama seperti pelaut mengarungi lautan.
Tetapi butuh waktu berabad-abad bagi impian Kepler untuk menjadi kenyataan.
Pada tahun 1865, James Clerk Maxwell menunjukkan kepada dunia bahwa cahaya mengandung paket energi yang disebut foton, dan foton memiliki momentum yang dapat ditransfer ke objek lain. Jika sebuah foton bersentuhan dengan objek seperti layar matahari yang mengkilap, ia akan mentransfer sebagian energinya dan mendorong layar ke depan.
Berbagai desain bentuk layar ringan. (Raquel Scoggin / Supercluster) Dengan kemajuan dalam peroketan setelah Perang Dunia II, dan dengan peluncuran Sputnik pada tahun 1957, gagasan untuk menjelajahi kosmos tiba-tiba bergeser dari fiksi ilmiah menjadi kenyataan, dan pelayaran matahari sekali lagi tampak seperti bentuk daya tarik yang menarik.
Segera setelah peluncurannya, NASA mulai merencanakan misi ruang angkasa yang ambisius, termasuk mendanai beberapa studi layar surya. Pada tahun 1970-an, sebuah rencana ditetaskan untuk bertemu dengan sebuah komet — komet yang sama dengan yang pernah dilihat Kepler di langit berabad-abad sebelumnya. Pesawat ruang angkasa ini akan dilengkapi dengan layar matahari, menggunakan energi matahari untuk melakukan perjalanannya. Sayangnya, rencana itu dibatalkan sebelum bisa mencapai landasan peluncuran, tetapi gagasan berlayar surya akan terus hidup.
Lou Freedman, seorang insinyur NASA yang mengerjakan misi yang sekarang sudah tidak ada itu, masih yakin bahwa berlayar matahari adalah bentuk daya dorong yang layak. Dia (bersama dengan Carl Sagan dan Bruce Murray, mantan kepala Jet Propulsion Laboratory NASA) turut mendirikan Planetary Society pada 1980 untuk mengubah pelayaran matahari menjadi kenyataan.
"Pelayaran matahari secara umum telah dijalin menjadi DNA dari Planetary Society sejak sebelum kami bahkan didirikan, " Jennifer Vaughn, chief operating officer masyarakat, mengatakan kepada Supercluster . "Ketiga pendiri kami memiliki andil dalam tahap awal berlayar matahari."
**********
Mencari tahu bagaimana membangun layar surya yang sangat besar dan sangat ringan dan kemudian meluncurkannya ke luar angkasa akan terbukti menjadi tantangan besar. Namun kelompok itu bertahan, dan perampokan pertama masyarakat ke dalam pelayaran matahari akhirnya menghantam landasan peluncuran pada 2005 dalam bentuk pesawat ruang angkasa yang disebut Cosmos 1. Sayangnya, calon satelit itu tidak berhasil mengorbit, jatuh di dekat Rusia di wilayah tersebut. Laut Barents. Sepuluh tahun lagi akan berlalu sebelum Planetary Society mencapai kesuksesan berlayar surya pertama mereka.
Diagram layar matahari. (JPL) Manajer misi kembali ke papan gambar dan memutuskan untuk berpikir lebih kecil untuk upaya mereka berikutnya. Cubesats — yang kira-kira seukuran roti — telah melesat ke luar angkasa, memberikan alternatif yang lebih murah daripada satelit tradisional yang besar.
Menurut Bill Nye, munculnya CubeSats sebenarnya mengarah pada desain layar persegi saat ini. "Layar persegi ternyata menjadi titik awal yang cukup bagus dan desain yang cukup bagus, " kata Nye kepada Supercluster.
Kerajinan yang dihasilkan, dijuluki LightSail 1, adalah versi skala kecil dari Cosmos 1. Satelit mini berukuran kotak sepatu ini diluncurkan pada 2015, menumpang dengan roket Atlas V dan terbang ke orbit bersama pesawat ruang angkasa rahasia X-37B milik Angkatan Udara. .
Setelah berada di orbit, LightSail 1 membuktikan bahwa ia dapat berhasil meluncurkan layarnya di ruang hampa udara. Tetapi satelit kecil itu menghadapi segudang masalah termasuk gangguan perangkat lunak, kehilangan sinyal dan masalah baterai selama misinya. Setelah masa yang penuh gejolak di orbit rendah Bumi, pesawat kecil itu menggunakan namanya: empat layar mylar mengkilap, membuktikan bahwa Anda dapat memuat layar cahaya penuh dalam satu paket kecil.
Meskipun mengalami kemunduran, sebagai demonstrasi teknologi, LightSail 1 berhasil. Untuk merayakannya, itu berseri-seri kembali selfie utama. Tapi itu juga membuat orang-orang melihat ke atas, mencoba melihat pesawat itu ketika melayang di atas Bumi. Nye bahkan bisa melihat satelit kecil yang berkilau di malam hari ketika melewati langit Kota New York yang berpolusi.
Dengan partikel yang sangat sedikit untuk memperlambat pelayaran ringan dengan drag, itu bisa mempercepat pesawat ruang angkasa ke kecepatan yang sangat tinggi dari waktu ke waktu. (Raquel Scoggin / Supercluster) Mencapai titik ini adalah pencapaian besar bagi Planetary Society, sebuah organisasi nirlaba yang dibentuk untuk membantu memajukan ilmu dan eksplorasi ruang angkasa. “Ruang memunculkan yang terbaik dalam diri kita, ” kata Bill Nye. "Ini menarik bagi semua orang dan semua bangsa."
Lebih dari 40.000 anggota Planetary Society telah mendukung misi ini (dan pengembangan berlayar surya), menyumbang mulai dari $ 5 hingga lebih dari $ 1 juta untuk mendanai organisasi.
“Sangat jarang seseorang mendapat kesempatan untuk berpartisipasi dalam tahap pertama teknologi propulsi pesawat ruang angkasa baru, ” kata Bruce Betts, manajer misi LightSail. “Tidak banyak. Berada di tahap awal, langkah pertama berlayar matahari, merupakan suatu kehormatan. ”
**********
Selama bertahun-tahun, sementara Planetary Society telah membangun kapal layar mereka, orang lain di seluruh dunia juga telah berlayar.
Misi uji 2015 yang disebut CubeSail, yang dibangun oleh Surrey Space Centre di Inggris, diluncurkan tetapi gagal untuk digunakan dengan benar. Tiga misi berlayar kecil lainnya - NASA NanoSail-D, Kanada CanX-7 dan Surrey InflateSail - memang memiliki beberapa keberhasilan, tetapi seperti LightSail 1, misi mereka terbatas pada orbit rendah Bumi.
Diagram layar matahari. (JPL) Jepang telah memiliki kesuksesan paling besar dengan berlayar matahari sejauh ini, karena itu adalah pesawat layang-layang Antarplanet yang Dipercepat oleh Radiasi Matahari (IKAROS) yang diluncurkan ke orbit di sekitar matahari pada tahun 2010. Begitu berada di ruang angkasa, pesawat itu berputar membuka selebar 46 kaki. layar persegi dan, untuk pertama kalinya dalam sejarah, mulai menyetir dan mengubah kecepatannya dengan kekuatan sinar matahari.
Wahana antariksa itu juga memiliki sel surya yang tertanam di layarnya yang berbentuk layang-layang untuk menghasilkan listrik. Sel-sel tidak diharapkan untuk menghasilkan banyak daya selama penerbangan tetapi sebaliknya membantu berfungsi sebagai test bed untuk mesin penggerak ion masa depan.
IKAROS menghabiskan tiga tahun ke depan untuk mengukur akselerasinya karena tekanan yang ringan. Ini juga menguji berbagai cara untuk mengontrol gerakannya menggunakan kristal cair (menyerupai layar elektronik LCD) yang tertanam di layar yang dapat menyesuaikan reflektifitas pesawat dan mengubah kecepatannya. Listrik yang mengalir melalui panel meningkatkan reflektifitas, memungkinkan pesawat ruang angkasa untuk mempercepat ke depan, sementara mematikan aliran membuat tekanan sinar matahari lebih menyebar.
Pejabat luar angkasa Jepang mengatakan bahwa IKAROS dapat menyesuaikan arah dan orientasinya sebelum misi yang direncanakan berakhir pada tahun 2015. Kontak dengan IKAROS telah hilang, tetapi pelacakan berikutnya menunjukkan bahwa layar matahari terus mengelilingi matahari antara Bumi dan Venus, dan bentuk orbitnya terus berubah sebagai akibat dari perubahan tekanan cahaya.
Namun seiring dengan keberhasilannya, data IKAROS menunjukkan bahwa kita masih memiliki jalan panjang sebelum kita menyadari potensi penuh dari berlayar surya. Planetary Society berharap bahwa jika semuanya berjalan sesuai rencana, LightSail 2 akan membantu mengubah layar surya menjadi metode yang dapat diandalkan, berbiaya rendah, tanpa-penggerak terbang di angkasa.
Dari sana, kemungkinannya hampir tak terbatas. Dengan layar yang ringan, sebuah pesawat ruang angkasa bisa menuju ke bulan, ke asteroid, ke Jupiter — di mana saja angin cahaya berhembus, tanpa menggunakan bahan bakar sama sekali.
